东夷文化博物馆幕墙设计探讨刘 凯 （山东天元装饰工程有限公司，山东 临沂 276002） 摘 要：通过东夷文化博物馆幕墙工程，论述了玻璃幕墙、采光顶在工艺、结构、节能方面的设计。并对幕墙设计与施工中跨度过大、土建控制点的校准等难点和关键技术进行了分析阐述。 关键词：玻璃幕墙；采光顶；工艺；结构；节能；3D3S；MQMC 结构安全与节能设计是幕墙工程的核心，有效科学的计算与设计是保证幕墙工程质量的重要环节，对于异形工程和非常规幕墙尤为重要，现就对此类工程进行研究与探讨，对关键环节和技术难点进行分析。 1 工程概况临沂东夷文化博物馆位于国家级临沂经济技术开发区西北部皇山脚下，山环水抱，风景优美，是目前国内首家以东夷文化为主题的国有博物馆，座落在国家AAAA级旅游景区——东夷文化园内。临沂东夷文化博物馆内设八大展厅和两大影院，让史前时代的东夷文明以文物陈列的方式得到了更好的呈现。 东夷文化博物馆总建筑面积为14 966 m2，地下1层，地上2层，主体建筑标高为21.55 m。主体结构形式采用钢筋混凝土框架－剪力墙结构体系。该次幕墙的设计范围主要是构件式玻璃幕墙系统、玻璃采光顶、铝合金隔热窗。下面从几个方面对幕墙工程进行设计讨论和研究。 2 幕墙设计作为公共建筑，通透性、亮度高是其基本要求。为了充分体现该工程建筑风格，经与设计单位协商确认后，幕墙设计尽量采用大分格，立面设计整齐划一，简洁有序，突出整体美感。幕墙系统采用成熟可靠的工艺，保证结构安全的同时，满足外立面效果，构件规格严格按照设计规范要求采用。 2.1 工 艺 入口位置幕墙，采用竖明横隐玻璃幕墙形式，跨度达到12 m，立柱采用250 mm×100 mm×8 mm的钢管，横梁采用100 mm×60 mm ×4 mm的钢管，玻璃采用6＋12（A）＋6＋1.52＋6Low－E中空钢化玻璃，幕墙横向分格高度2.4 m，明框采用100 mm宽装饰扣盖。整体造型简洁，大气，通透效果较好，入口与幕墙均为钢结构焊接，浑然一体。完成后效果后如图1所示。  图1 入口效果图 为突出整体造型的曲线美，东夷文化博物馆采用了大量的采光顶，因该建筑呈螺旋型，给采光顶的放线施工带来难度，为此，工程放线施工，均通过Rhinoceros犀牛软件对采光顶控制点进行坐标定位，现场对坐标点位置和模型复核无误后，放线施工。采光顶共包括中心采光顶、镜面玻璃采光顶以及两个弧形采光顶。玻璃采用8钢化＋12（A）＋8半钢化＋1.52SGP＋8半钢化超白Low－E中空夹胶玻璃，在满足外观的同时保证安全。弧形采光顶不除提供采光功能外，同时担当排水作用，因此采光顶的密封防水变得尤为重要，为满足这一需求，采光顶边缘采用铝板打胶的方式，确保不漏水。节点和整体效果如图2、图3所示。  图2 节点大样  图3 效果图 幕墙的结构安全是幕墙设计中最重要，最不能忽视的部分，漂亮的造型必须建立在幕墙安全的前提之下，对结构的安全计算必须有着严谨的态度，对其中的每一个环节都必须把握好。该工程入口玻璃幕墙整体倾斜75°，此时不能采用全隐框玻璃幕墙，全隐框玻璃结构胶难以保证玻璃不会脱落，因此，采用竖明横隐利用压块将玻璃板块安全固定，同时玻璃采用中空夹胶的安全玻璃［1］。立柱和横梁框架采用钢结构焊接的方式，用3D3S软件整体建模完成，验算结果证明钢结构框架完全能保证玻璃幕墙对挠度和强度的要求［2］。立柱通过有效的后锚安全固定在主体结构上，从而保证整个幕墙结构的安全与稳定。钢结构模型和节点大样如图4、图5所示。  图4 钢结构模型 采光顶玻璃采用8钢化＋12（A）＋8半钢化＋1.52SGP＋8半钢化超白Low－E中空夹胶玻璃，顶部中空，底部夹胶，保证即便玻璃破裂，由于夹胶的关系玻璃不会整体掉落砸伤人［3］。钢框架由3D3S建模计算完成，钢结构挠度与强度均满足规范［2］要求。3D3S模型如图6所示。  图5 节点大样 幕墙和采光顶虽然表现的方位和形式不同，所受荷载也有所区别，但其传力形式是一致的，风荷载，地震荷载，自重等［4］首先通过面板传递给横梁，横梁通过连接的焊缝或者螺栓稳定传递给立柱或主梁，最终通过埋件和锚栓传递给主体。在这个传力过程中，要保证每一个传力环节都是安全可靠的。所以，结构安全的保证需要整体和节点的强度和挠度达到规范［2］要求。在建模过程中，如何实现模型与实际受力达到一致，保证建模的准确性，也是值得探究的问题。  图6 中心采光顶、镜面玻璃采光顶、弧形采光顶模型 2.2 幕墙与采光顶关键点、难点分析 东夷博物馆的玻璃幕墙存在需要解决的难点：跨度过大且存在倾角，采用吊挂受力形式根部反力过大后锚固困难，土建结构梁难以承受。为了解决这一问题，主要采取以下措施，钢立柱由受拉结构改为受压结构，将钢龙骨与玻璃面板的自重荷载传递至地梁，为保证做成受压构件，经放线后先将钢龙骨立柱与地梁的锚板可靠焊接，顶部与混凝土梁采用螺栓形式连接，为防止竖向剪力传递至顶梁，槽钢连接件与钢立柱均开竖向长圆孔，以此大大缓解顶部混凝土梁的受力，借助锚栓对根部做可靠的连接与锚固。洞口两侧钢立柱除了与梁顶梁底连接外，还与混凝土剪力墙多点连接，将力均匀分布，给予更多的安全储备。幕墙的钢横梁采用100 mm×60 mm×4 mm钢方管，与钢立柱满焊连接，风荷载通过面板传递到横梁后，再经钢立柱和锚板最终传递到土建结构，钢横梁作为传力构件采用此规格完全满足受力要求。钢立柱采用大截面钢方管（250 mm×100 mm× 8 mm），除了满足结构受力安全外，还需满足长细比不大于150 mm，保证钢龙骨不失稳。 除玻璃幕墙外，东夷文化博物馆采光顶施工面临更多问题。首先虽然通过犀牛模型能够提取控制点坐标，由于土建施工与图纸存在较大误差，外装饰施工时模型的参考意义被大大消减，因此现场利用全站仪对土建控制点重新进行了复核和校准，确定了相互之间的几何关系，才能对采光顶定位点进行确认。其次由于采光顶整体螺旋型布置，板块不均匀分割，分割尺寸都不相同，导致工作量多而复杂。现场施工时，对加工好的板块进行了标号，保证了施工的顺利进行。此外，由于采光顶要起到采光和排水的作用，面板采用了超白Low－E中空夹胶玻璃，降低自爆率，提高稳定性。为了保证防水，除了保证施工质量，打胶不留死角，还要通过合理的节点进行防水，之前已经阐述。 2.3 幕墙的节能设计与计算 自2005年推出《公共建筑节能设计标准》（GB 50189—2005）［5］，幕墙的节能设计正式成为幕墙设计中不可或缺的一部分。尤其随着国家提出节能降耗的要求以来，幕墙的节能设计显得尤其重要。在幕墙工程大步前进的背景下，幕墙合理科学的节能设计可以每年节省大量的能耗。这是幕墙工程设计改造优化过程中必须要遵循的原则，也是不可阻挡的趋势。该工程为满足节能设计要求，主要采取了以下措施：采用带隔热条的隔热型材；面板采用中空夹胶Low－E玻璃，降低了传热系数；节点控制保证密封胶打胶合理。为得到科学计算结果，该工程使用粤建科MQMC软件，对玻璃幕墙版块传热性能进行了计算［6］，结果如表1所示。 表1 中空钢化玻璃传热性能  厚度／mm可见光透射比可见光反射比（前／后）太阳直接透射比太阳反射比（前／后）太阳能总透射比半球发射率（前／后）冬季传热系数夏季传热系数遮阳系数310.3660.014／0.3760.1670.042／0.3040.2510.840／0.8401.5421.5990.289 通过表1可知，6＋12（A）＋6＋1.52SGP＋6Low－E中空钢化玻璃传热系数为1.54，遮阳系数为0.289，是完全满足规范［5］要求的。幕墙的玻璃选择是节能设计的核心，如果玻璃的选择无法达到节能设计要求，节点的设计再成功也是无济于事的，通常情况下，为满足节能设计要求，玻璃通常以中空玻璃加镀Low－ E膜的形式，Low－E膜是在玻璃表面镀上一层氧化锡或者银膜，这种膜对可见光有很高的通透性，对红外线有很高的辐射率，由此达到良好的隔热效果。幕墙良好的节能效果，不仅对玻璃有较高的节能要求，对节点系统同样如此。该工程利用MQMC软件对节点系统进行热工分析，计算结果如表2所示。 表2 节点热工计算结果  节点传热系数线传热系数／（W／（m·K－1））框的太阳光总透射比温差／℃误差率框T10温度／℃面板边缘T10温度／℃横剖2.560.187 70.03360.387713.8（不结露）9.4（不结露）竖剖1.120.1940.025360.42510.4（不结露）9.4（不结露） 根据表2可知，玻璃幕墙的横剖与竖剖节点图均控制在较小值，横剖节点传热系数为2.56 W／（m2·K），竖剖节点传热系数为1.12 W／（m2·K），根据《公共建筑节能设计标准》（GB 50189—2005）［5］对该工程热工性能进行判断。 通过主要城市所处气候分区，可知临沂位于寒冷地区。 由东夷文化博物馆建筑设计说明可知，该工程体形系数为0.18，各朝向窗墙比分别为南：0.35，北：0.02，东：0.02，西：0.03，根据建筑体形系数以及各朝向窗墙比和寒冷地区围护结构传热系数和遮阳系数限值可知传热系数需小于2.7 W／（m2·K），遮阳系数需小于0.7，该工程幕墙传热系数与遮阳系数均满足寒冷地区节能设计要求。 3 结 语东夷文化博物馆作为体现东夷文化的载体，其幕墙方案经过了多方反复的修改才最终确定，其复杂旋转的造型给设计施工带了不小的难度，最终经过合理的设计和准确的现场放线施工，得以顺利完成，其效果达到最初预期。 参考文献： ［1］ JGJ 102—2003，玻璃幕墙工程技术规范［S］. ［2］ GB 50017—2003，钢结构设计规范［S］. ［3］ JGJ 255—2012，采光顶与金属屋面技术规程［S］. ［4］ GB 50009—2012，建筑结构荷载规范［S］. ［5］ GB 50189—2005，公共建筑节能设计标准［S］. ［6］ JGJ／T 151—2008，建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程［S］. Discussion on design of curtain wall of Dongyi culture museum Liu Kai Abstract：Through the curtain wall project of Dongyi culture museum，the process，structure and energy saving designs were given for the glass curtain wall and the day-lighting roof.The difficulties and the key technologies etc.in design and construction of the curtain wall such as too large span and civil engineering control points were analyzed and described. Key words：glass curtain wall；day-lighting roof；technology；structure；energy conservation；3D3S；MQMC 中图分类号：TU 227 文献标识码：B 文章编号：1673－8993（2016）01－0044－04 doi：10.13402／j.gcjs.2016.01.009 收稿日期：2015－10－28 作者简介：刘 凯（1988－），男，助理工程师。 |
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